[發(fā)明專利]一種外界風作用下腔室火災模擬實驗裝置

有效

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• 申請日: 2014-01-29
• 公開（公告）號: CN103761919B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發(fā)明（設計）人: 紀杰;李林杰;原向勇;李開源;范傳剛;付艷云;李曼;萬華仙
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G09B25/00
• 分類號: G09B25/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 成金玉

技術領域

本發(fā)明屬于火災安全技術領域，具體涉及一種外界風作用下腔室火災模擬實驗裝置，其具體為研究外界風作用下腔室火災熱釋放速率、煙氣流動、溫度分布、煙氣成分、補風速度、熱輻射通量、火焰形態(tài)、窗臺溢流的模擬實驗裝置。

背景技術

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，高層建筑的數(shù)量越來越多，高度越來越高，結構越來越復雜。伴隨著大量的高層建筑火災的發(fā)生，高層建筑火災安全問題引起人們的廣泛關注和深刻思考。高層建筑發(fā)生火災時，著火房間內的火焰通過破碎的窗戶向上蔓延，從而危害其他樓層人員的安全?；鹧孀韵露系穆又饕怯捎诨鹧娴臒彷椛浜蜔釋α髟斐傻?，而熱輻射和熱對流與通過窗口火溢流的高度和距離以及溫度有很大關系。研究室內火災的發(fā)展規(guī)律，對于防止火災發(fā)生、火災的救援工作乃至建筑的防火和防排煙設計都具有極其重要的理論意義和實用價值。因此，研究高層建筑房間溢流火焰的豎直高度、水平寬度以及溫度分布具有重要的現(xiàn)實意義。

室內火災的典型特征是火災發(fā)生在相對封閉而又具有特定開口的空間里，這種特定的開口一般為敞開的門窗，它們使火焰或煙氣得以蔓延到室外或者相鄰房間。煙氣或火焰通過開口上方溢出房間，而新鮮空氣從開口底部流入房間。在燃料控制燃燒狀態(tài)下，室內火災發(fā)展到一定階段，熱煙氣通過側向開口溢出，室外冷空氣從開口底部流入房間，形成一個常見的煙氣溢流場景（如陽臺溢流、窗口溢流）。當室內火災發(fā)展到通風控制時候，火焰伴隨高溫熱煙氣通過開口上方溢出房間，同時大量未燃燃料溢出到開口外部，在開口外部發(fā)生激烈而持續(xù)的燃燒，形成開口火溢流現(xiàn)象，與此同時新鮮空氣從開口底部流入房間。

對于腔室火災和窗口溢流，國內外已有一些研究人員開展不同形式的實驗研究，他們分別根據(jù)特定房間的特點和某些預定的目的，開展了不同尺度的實驗研究。Kawagoe通過對小開口情況下火災的研究，發(fā)現(xiàn)了通風條件對于室內火災發(fā)展的作用，提出了燃燒速率和通風因子的關系。Tewarson使用木垛和池火作為燃料開展了室內火災實驗，將燃燒區(qū)域分成了四部分，并給出了可以用來預測不同燃燒區(qū)域分界面的公式。Yokoi在開口上部有豎直壁面的燃燒腔室使用酒精為燃料進行實驗，對從不同開口尺寸的窗戶溢出火羽流溫度和速度分布進行了研究。Webster使用木垛為燃料，研究了小尺度立方體燃燒室模型實驗的火焰高度。Oleszkiewicz對外部燃燒中火焰的輻射和火焰沿著建筑外壁面向上蔓延的情況進行了較為系統(tǒng)的研究。Ohmiya等人建立了一個腔室模型來預測燃燒速率，開展了一系列小尺寸實驗來研究開口外部火焰的特性。陸凱華等人研究了兩邊側墻限制條件下建筑外立面開口火焰溢出行為，分析了側墻對建筑外立面開口溢出火焰高度特征的影響機制，提出了基于側墻間距大小和開口大小的無量綱耦合火焰高度模型。

前人針對外界風不存在的情況下進行了腔室火災和窗口溢流相關的研究，實際火災通常不是在無風條件下發(fā)生發(fā)展的。環(huán)境中氣體的流動，將對處于其中的火災行為產生重大的影響。在風力的作用下，火災燃燒的蔓延和煙氣的擴散將由環(huán)境風的方向和大小決定。建筑火災中，風的存在也將會對室內煙氣流動與蔓延產生影響，這主要體現(xiàn)在風對火羽流行為的影響上。

前人針對著火房間只有一個開口的情況做了一些研究，針對兩個開口的著火房間情況研究較少。當著火房間有兩個開口，并且高度不同時，房間中將會產生煙囪效應，煙氣將從較高的開口流出房間，空氣從較低的開口流入房間，煙囪效應的形成會使得房間中的燃燒加劇，并且影響溢流火焰的形態(tài)。同時，由于外界風的大小隨著海拔高度成指數(shù)增加，隨著高層建筑高度的增加，外界風的作用也越來越顯著。外界風可能加速火焰在建筑物表面的蔓延，同時影響著火房間內的燃燒。本文設計的實驗臺主要研究兩個開口的著火房間內的可燃物在煙囪效應和外界風的耦合作用下的燃燒情況和溢流火焰的特征。

由于全尺寸火災實驗需要調動大量的人力物力，經(jīng)濟耗費大，受各種因素影響大，條件難以控制，可重復性差，因此不易開展。而開展?jié)M足相似性理論的小尺寸實驗研究以揭示外界風對腔室火災的影響，是一種較好的選擇。同時，小尺寸實驗具有易操控性、良好的可再現(xiàn)性以及測量結果的可信度高等優(yōu)點。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種外界風作用下腔室火災模擬實驗裝置，能夠在實驗室模擬外界風作用下腔室火災燃燒情況，研究外界風作用下腔室火災發(fā)展和窗臺溢流規(guī)律。

本發(fā)明采用的技術方案為：

一種外界風作用下腔室火災模擬實驗裝置，包括實驗臺主體、外立面、外界風系統(tǒng)以及配套測控系統(tǒng)，